CC BY
102
Петухова Дарья Дмитриевна, аспирант, лаборатории иммуногенетики и ДНК-технологий. Младший научный сотрудник лаборатории геномной селекции и репродуктивной криобиологии в животноводстве ВНИИОК - филиал ФГБНУ «СевероКавказский ФНАЦ» г. Ставрополь. E-mail: [email protected]
Petukhova Daria Dmitrievna - postgraduate student of the Immunogenetics and DNA Technologies Laboratory. Junior Researcher of the Genomic Breeding and Reproductive Cryobiology in Livestock Laboratory, Federal State Budgetary Scientific Institution "North Caucasus FAR C", Stavropol. E-mail: [email protected]
DOI 10.25930/2687-1254/013.5.13.2020 УДК 636.32/.38.082.2
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ В СЕЛЕКЦИИ ОВЕЦ
А.В. Суховеева
Перспективными задачами в селекции и разведении сельскохозяйственных животных на сегодняшний день являются выявление параметров мясной продуктивности и пролиферативности у овец. Улучшение этих качеств позволит создать генофонд, и как следствие улучшит производительность баранины высокого качества. Массовое применение находит маркер-ассоциированный отбор (marker assisted selection - MAS) с использованием ДНК-маркеров, тесно сцепленных с локусами, детерминирующими важные признаки в овцеводстве. Поэтому выявляются ассоциированные с такими показателями гены-кандидаты, идентифицирующие однонуклеотидные полиморфизмы (Single Nucleotide Polymorphism - SNP), которые и определяют вариативность уровня продуктивности. Исследованиями установлено, что перспективными маркерами являются следующие гены: CAST (кальпастатин), GH (гормона роста, соматотропин), GDF9 (дифференциальный фактор роста) и BMPR-1B (ген морфогенетического белка кости). Целью настоящего обзора стал анализ современного состояния исследований по выявлению генов, контролирующих мясную продуктивность и воспроизводительные качества овец.
Ключевые слова: MAS, SNP, полиморфизм, CAST, GH, GDF9, BMPR-1B GENETIC MARKERS IN SHEEP BREEDING
A.V. Sukhoveeva
Nowadays, the promising goals in the farm animal breeding are the identification of meat productivity and sheep proliferation parameters. The improvement of these qualities will allow creating a gene pool. As a result, it will improve the productivity of high-quality mutton. Marker assisted selection (MAS) is widely used with DNA markers which are closely linked to locus that determine important traits in sheep breeding. Therefore, candidate genes associated with such indicators are disclosed that identify single nucleotide polymorphisms (SNPs), which determine the variability of the productivity level. Studies have established that promising genetic markers are the following: CAST (calpastatin), GH (growth hormone, somatotropin), GDF9 (growth differentiation factor), and BMPR-1B (bone morphogenetic protein receptor type 1B). The aim of this review was to analyze the current state of research
on genes identification that control meat productivity and reproductive qualities of sheep.
Key words: MAS, SNP, polymorphism, CAST, GH, GDF9, BMPR-1B
Приоритетами в селекции сельскохозяйственных животных на сегодняшний день являются параметры мясной продуктивности. Улучшение продуктивных качеств овец и создание генофонда позволит производить баранину высокого качества [ 1 ]. Одним из подходов к решению данной задачи является использование методов маркер-ассоциированной и геномной селекции. Использование молекулярно-генетических технологий позволят наиболее точно оценивать генотип популяции, пород и отдельно взятых животных, что повысит экономическую эффективность овцеводства. Наряду с современными технологиями для выявления лучшего генотипа в стаде используется мар-кер-ассоциированный отбор и геномная селекция, которые являются весьма перспективными методами для улучшения мясной продуктивности и воспроизводительной функции в овцеводстве [2]. Поэтому выявляются ассоциированные с такими показателями гены-кандидаты для их применения в селекции.
Выявление генов-кандидатов, идентифицирующих однонуклеотидные полиморфизмы, обычно проводят методом ПЦР-диагностики, а в дальнейшем секвенированием полученных участков ДНК. Аннотирование результатов производится в международной базе данных (GenBank) NCBI (National Center for Biotechnological Information), а также через геномный браузер Ensemble, который вычисляет множественные вариации гена, в сборках Ovis Aries (sheep) и Oar rambouillet v1.0. [2]
За последние время в работах многих исследователей кальпастатин рассматривается как один из генов, отвечающий за улучшение качества мяса, что в свою очередь является одной из основных целей животноводства. Нежность мясной продукции также является одним из наиболее важных факторов при оценке туши.
Ген CAST является эндогенным ингибитором кальпаинов, оказывающим регу-ляторное воздействие на активность кальпаинов в клетке, считается одним из основных модуляторов метаболизма белков. Влияет на протеолиз миофибрилл и отвечает за посмертную деградацию миофибриллярных белков, рост мышц, а также скорость и степень процессов в мясе после убоя. По данным научной статьи Скорых Л.Н. и др. при исследовании овец мясо-шёрстных пород была установлена высокая частота встречаемости аллеля M - 0,94 и низкая аллеля N - 0,06. Наиболее часто встречаемым оказался генотип в гомозиготном состоянии (MM) и составил 87,9%, в гетерозиготнм (MN) -12,1%, от общего числа тестированных животных [3].
В результате проведённого ПЦР-ПДРФ анализа К. Jawasreh и др. (2017) выявил связь между частотой встречаемости аллелей CAST, скоростью роста и конечной массой тела у ягнят разных генотипов. Животные с генотипом MN имели более высокий среднесуточный привес и конечную массу тела по сравнению с ягнятами генотипа MM. Генотипы гена CAST показали значительное влияние на некоторые компоненты туши и параметры качества мяса, свидетельствующие о том, что генотип MN показал более низкую общую костную массу и более высокое соотношение мяса и костей, чем генотип MM [12].
Gorlov и др. (2016) впервые обнаружили полиморфизм гена CAST у советского мериноса и сальской породы овец в южно-европейской части России и отметили значимую взаимосвязь генотипов CAST с особенностями роста у советской породы овец. По результатам полученных данных было установлено, что исследованная популяция включает только 2 генотипа (MM и MN). Отсутствие гомозиготного генотипа NN не позволило установить, что именно вызывает эффект увеличения среднесуточного при-
роста овец, наличие аллельного варианта N или комбинации гетерозиготных аллелей M и N. [4]
Одним из перспективных маркеров мясной продуктивности считается сомато-тропин (гормон роста, GH), который расположен на 11 хромосоме и состоит из 6945 п.н. Выполняет в организме функцию регулирования обменных процессов, ускоряет синтез протеина, ДНК и РНК, гликогена. Экспрессия этого гормона способствует ускоренному развитию и росту организма животного. Исследования в области молекулярной генетики Ставропольскими учёными показали, что обнаружена лишь одна одно-нуклеотидная замена С321Т (0аг_у4.0 g.47485936С>T) в 5 экзоне гена соматотропин у овец мясо-шерстной северокавказской породы. Частота встречаемости референсного аллеля С в данной позиции практически в 2 раза выше, чем частота встречаемости му-тантного аллеля Т [5].
Результаты, полученные путём секвенирования ДНК у овец породы советский меринос, показали новую мутацию в 3 экзоне ^КР C321T) без каких-либо аминокислотных изменений. Частота встречаемости гомозиготных (СС, ТТ) генотипов составили 53,3; 13,4% соответственно, гетерозиготных (СТ) - 33,3% [6, 7].
Репродуктивная активность является немаловажным критерием при отборе сельскохозяйственных животных для их дальнейшего разведения. В процессе репродукции принимают участие многочисленные гены, белки, факторы роста и гормоны. Наиболее распространённым геном-кандидатом, используемым как ДНК-маркер плодовитости, считается GDF9 (ген дифференциального фактора роста). Находится на 5 хромосоме, имеет длину 2940 п.н. Является членом суперсемейства трансформирующего фактора роста в, белковый продукт которого способствует процессу развития фолликулов, ооцитов и пролиферации/апоптоза. Сравнительный анализ результатов ДНК-диагностики овец татарстанской породы показал значительную вариабельность частоты встречаемости как аллелей (А - 16%, G - 84%), так и генотипов (АА - 10%, AG - 11%, GG - 79%). Генетико-статистический анализ показывает, что частота аллеля, отвечающего за наличие желательного генотипа, была значительно ниже [8].
Ряд исследований, проведенных на овцах монгольской породы, показали, что мутации §.46544883А^ в 3' ИТЯ и с.1040 Т>С в экзоне 2, а также SNP §.46547859 С>Т, §.46548061 A>G и §.46548326 С>Т в промоторе GDF9 являются подтверждёнными для связи с размером помета у овцематок.
В одной из последних научных работ было доказано, что мутации §.46544883А^ (ге409657477), с.1040Т>С (ге589708049), §.46547859С>Т (^428242918), §.46547876С>Т (ге591690695), §.46547934Т^ (^406740996), §.46548061А^ (гб400597589), §.46548232А^ (ге411447528), §.46548307С>Т (^401365297), и §.46548326С>Т(ге412658916) могут влиять на размер помета в популяциях монгольских овец. Эффект мутации с.1040Т>С может прервать образование димера GDF9, который является биологически активной формой белка. Результаты этого исследования, в частности SNP g. 46547859С>Т, с.1040Т>С и g.46547859C>T могут быть применены при маркерном отборе с целью увеличения средних размеров помета у монгольских овец
[9].
Ген рецептора морфогенетического белка кости (BMPR-IВ) локализован на 6 хромосоме, имеет длину более 223,5 т.п.н. и представляет собой основополагающую систему в контроле фолликулогенеза яичников и скорости овуляции у овец. Кодирует рецепторы протеинкиназы, участвующие в фосфорилировании эндоплазматических веществ и взаимодействующие с генами морфогенетических белков кости. BMPR-IB является одним из основных генов, который может быть использован в качестве ДНК-
маркера для раннего отбора высокопродуктивных маток [10].
В ходе изучения вопроса, касающегося увеличения продуктивности овцематок, было установлено, что для гена BMPR1B доступно более 20 SNP, среди которых c.746A>G, c.864T>C и с.1113 C>A связаны с воспроизводительными качествами овец монгольской породы [11].
Резюмируя анализ литературных источников следует отметить, что перспективные гены-маркеры продуктивности овец свидетельствуют о целесообразности более широкого внедрения ДНК-маркеров в овцеводство. Преимуществом ДНК-маркеров является возможность определять генотип животного независимо от пола, возраста и физиологического состояния, что позволяет значительно улучшить селекционно-племенную работу. Систематический отбор животных - носителей генетических маркеров и рациональное их использование позволит в последующих поколениях повысить частоту встречаемости высокопродуктивных животных. К потенциальным генам-кандидатам можно отнести кальпастатин, соматотропин, дифференциальный фактор роста, ген морфогенетического белка кости 1B, которые являются перспективными для дальнейшего изучения у разных пород овец.
Литература
1. Копылов ИА., Скорых Л.Н., Ефимова Н.И. Мясность молодняка овец породы советский меринос и их помесей с австралийскими баранами // Овцы, козы, шерстяное дело. 2017. № 2. С. 26-27.
2. Яцык ОА., Телегина Е.Ю. Полиморфизм гена миостатина (MSTN) у овец породы манычский меринос // Aграрный вестник Верхневолжья. 2017. № 3 (20). С. 47-53.
3. Полиморфизм генов гормона роста (GH) и кальпастатина (CAST) у мясошерстных овец / Л.Н. Скорых, И.О. Фоминова, Е.С. Суржикова, Д.В. Коваленко. // Главный зоотехник. 2020. № 7. С. 6-11.
4. CAST/MspI gene polymorphism and its impact on growth traits of Soviet Merino and Salsk sheep breeds in the South European part of Russia / I. F. Gorlov [et al.] // Turkish Journal of Veterinary and Animal Sciences. 2016. Vol. 40. P. 399-405.
5. Исследование полиморфизма генов соматотропина и лептина у овец северокавказской мясо-шерстной породы / Л.Н. Скорых, ДА. Ковалев, Н.С. Сафонова, A.A. Омаров // Ветеринария и кормление. 2020. № 1. С. 37-39.
6. Полиморфизм гена соматотропина (GH) у овец породы советский меринос / Н.С. Сафонова, ДА. Ковалев, Л.Н. Скорых, Н.И. Ефимова, A.M. Жиров // Главный зоотехник. 2019. № 6. С. 25-31.
l. Исследование полиморфизма генов гормона роста, лептина у овец породы советский меринос / М.И. Селионова, ДА. Ковалев, Л.Н. Скорых, Н.С. Сафонова, Н.И. Ефимова // Вестник Am Ставрополья. 2019. № 3 (35). С. 25-29.
8. Полиморфизм генов соматотропина (GH), кальпастатина (CAST), дифференциального фактора роста (GDF9) у овец татарстанской породы / В.П. Лушников, Т.О. Фетисова, М.И. Селионова, Л.Н. Чижова, Е.С. Суржикова // Овцы, козы, шерстяное дело. 2020. № 1. С. 2-3.
9. Геномная селекция в овцеводстве / М. И. Селионова, Л. Н. Скорых, И. О. Фоминова, Н. С. Сафонова // сб. науч. тр. Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. 2017. Т. 1. № 10. С. 275-280.
10. Screening for Causative Mutations of Major Prolificacy Genes in Iranian Fat-Tailed Sheep / Ramin Abdoli [et al.] // Int J Fertil Steril. 2018. Vol. 12(1). P. 51-55.
11. Study on the correlation between BMPR1B protein in sheep blood and reproductive per-
formance / Xiaoyan Zhang [et al.] // Journal of Animal Science. 2020. Vol. 98. P. 5-7. 12. Association between MspI calpastatin gene polymorphisms, growth performance, and meat characteristics of Awassi sheep / Khaleel I Jawasreh [et al.] // Indian Journal of Animal Sciences. 2017. Vol. 87 (5). P. 635-639.
Суховеева Ангелина Владимировна, младший научный сотрудник лаборатории геномной селекции и репродуктивной криобиологии в животноводстве ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ», г. Ставрополь, [email protected]
Sukhoveeva Angelina Vladimirovna, Junior Researcher of_Genomic Selection and Reproductive Cryobiology in Animal Breeding Laboratory, Federal State Budgetary Scientific Institution "North Caucasus FARC", Stavropol, [email protected]
DOI 10.25930/2687-1254/014.5.13.2020 УДК 591.151:636.32/.38.082.13
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНОВ СОМАТОТРОПИНА И КАЛЬПАСТАТИНА
И.О. Фоминова, Л.Н. Скорых, Д.В. Коваленко
Возрастающая заинтересованность к технологиям, основанным на использовании ДНК-маркеров, вполне обоснована верификацией связи генов-кандидатов и значимых селекционных признаков. Данные технологии успешно применяются в национальных селекционных программах многих стран с развитым животноводством. При этом существенных успехов в данном направлении добились в мясном скотоводстве. Выявлены гены, ассоциированные с количественно- качественными показателями говядины от мясных пород скота. Однако в овцеводстве такие изыскания получили развитие лишь в последнее время. В связи с современным ростом производства баранины, отмечающимся во всем мире, связано увеличение доли специализированных мясных пород и возрастающие требования к мясной продуктивности для мясо-шерстных и шерстных овец. Изыскиваются ассоциированные с показателями мясной продуктивности гены-кандидаты для их использования в селекции.
В роли потенциальных маркеров мясной продуктивности овец могут выступать аллели генов кальпастатина (CAST) и гормона роста (GH). В связи с этим целью наших исследований явилось изучение полиморфизма генов GH и CAST у мясо-шерстных овец генотипа / полл дорсет х / северокавказская мясо-шерстная, разводимых в условиях Ставропольского края. Анализ полиморфизма генов соматотропина и кальпастатина проводили методом ПЦР-ПДРФ Полиморфизм гена кальпастатина представлен двумя аллелями - M и N. При этом определена высокая частота встречаемости аллеля M (0,94) и достаточно низкая - аллеля N (0,06). В исследуемом полиморфизме гена GH, представленном также двумя аллелями - А и В, выявлена несущественная разница в частоте встречаемости. Полученные результаты исследований указывают на разнообразие аллельных вариантов гена GH и гена CAST у мясо-шерстных овец.
Ключевые слова: овцы, полиморфизм, генотип, соматотропин, кальпастатин.
